一种用于物联网空间方位控制系统的可调谐陀螺芯片的制作方法

本发明涉及一种陀螺芯片，具体涉及一种可调谐陀螺芯片。

背景技术

物联网就是物物相连的互联网。这有两层意思：其一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；其二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信，也就是物物相息，物联网中最重要的当属控制系统，尤其是陀螺仪等用于感知物品运行状态的器件，对于整个物联网的控制系统是关键性的，在陀螺仪中，谐振式光学陀螺是陀螺领域的重要发展方向之一，具有抗电磁干扰及灵敏度高等优势，在高精度惯性制导系统中具有广泛的应用前景，光学谐振腔是谐振式光学陀螺的核心组成元件，其性能直接决定着陀螺的精度与稳定性，光纤谐振腔具有低损耗、高清晰度的优势，但非全固态的特性严重影响了陀螺性能的稳定性，且存在偏振噪声，集成光波导谐振腔具备微型化、全固态及成本低等优势，集成光波导的损耗大，严重限制了集成光波导谐振腔陀螺灵敏度的提高，而且还存在偏振噪声，也严重限制了陀螺系统的小型化，降低偏振噪声、集成度更高的陀螺芯片，具体地陀螺芯片可应用于地面车辆的自动导航、定位定向、车辆控制，对农用飞机姿态控制，进行播种、喷洒农药，在地下工程维护中,寻找损坏的电力线、管道和通信光缆位置的定位工具和抢救工具，用于大地测量、矿物勘采、石油勘察、石油钻井导向、隧道施工等的定位和路径勘测。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于物联网空间方位控制系统的可调谐陀螺芯片，方便使用。

技术方案：本发明所述的一种用于物联网空间方位控制系统的可调谐陀螺芯片，包括第一y分支，所述括第一y分支的两输出端口对称的分别依次连接有用于传导光信号并稳定其偏振态的第一嵌入式保偏光纤、第二嵌入式保偏光纤、第二y分支，两个用于调谐谐振腔耦合比并实现光信号在谐振腔中单偏振传输的可调谐表面等离激元耦合器，两相邻对置的可调谐表面等离激元耦合器通过共用的嵌入式弯曲保偏光纤形成谐振腔，所述可调谐表面等离激元耦合器为表面等离激元波导耦合器，所述第一嵌入式保偏光纤、第二嵌入式保偏光纤和嵌入式弯曲保偏光纤埋设于可调谐表面等离激元耦合器的外围层中，并与所述可调谐表面等离激元耦合器对接集成，所述第一y分支的输入端口和第二y分支的输出端口均连接有输出光纤。

所述可调谐表面等离子体激元耦合器对称设置，每个可调谐表面等离子体激元耦合器均包括第一定向耦合器、第二定向耦合器、第一传输臂和第二传输臂，所述第一定向耦合器的第二端与所述第二定向耦合器的第五端通过第一传输臂连通，所述第一定向耦合器的第四端和所述第二定向耦合器的第七端与第二传输臂两端留有间隙，所述第二传输臂一端通过第一电极引线与第一电极触点连接，另一端通过第二电极引线与第二电极触点连接，所述第一定向耦合器的第一端和所述第二定向耦合器的第六端与嵌入式弯曲保偏光纤的两端连接，所述第一定向耦合器的第三端与第一嵌入式直保偏光纤连接，所述第二定向耦合器的第八端与第二嵌入式直保偏光纤连接。

所述第四端和第七端与第二传输臂两端间隙为6～12μm，所述间隙处填充有半导体介质材料。

所述可调谐表面等离激元耦合器的外围层设有第一凹槽和第二凹槽，所述第一嵌入式保偏光纤的第一保偏光纤嵌入第一凹槽内，所述第二嵌入式保偏光纤的第二保偏光纤嵌入第二凹槽内，所述第一y分支和第二y分支分别嵌入第三凹槽和第四凹槽内，所述第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽和第四凹槽内表面均涂覆有屏蔽层。

两相邻对置的可调谐表面等离激元耦合器的外围层还设有弯曲凹槽，所述嵌入式弯曲保偏光纤的弯曲保偏光纤嵌入弯曲凹槽内，两个可调谐表面等离激元耦合器通过弯曲保偏光纤以及第一传输臂连接。

所述表面等离激元波导包括依次堆叠成型的衬底，下包层，中包层，芯层、上包层和覆盖层，所述中包层和芯层均为金属芯层，所述上包层、下包层和覆盖层均为绝缘绝光材料层。

所述上包层与覆盖层总厚度与中包层，芯层和下包层的总厚度相等，所述下包层厚度为20～30μm，所述芯层厚度为5～15nm、宽度为10～15μm。

所述第一凹槽、第二凹槽和弯曲凹槽设于中包层和上包层之间，所述第一凹槽、第二凹槽和弯曲凹槽均为半圆形型槽，所述半圆形型槽表面涂覆有金刚石粉，并用所述覆盖层填充覆盖，所述上包层的厚度为覆盖层的5～10倍。

所述第一y分支和第二y分支也由表面等离激元波导构成。

所述表面等离激元波导中的上包层、中包层和下包层掺杂有增益介质。

有益效果：本发明的一种用于物联网空间方位控制系统的可调谐陀螺芯片，通过两个对称对置的可调谐表面等离激元耦合器与保偏光纤对接集成实现了陀螺谐振腔芯片，利用弯曲保偏光纤作为该陀螺谐振腔芯片的闭环稳定系统，有效降低了光信号传输过程中的损耗，提高了谐振腔的清晰度，双谐振腔的设计也稳定了谐振腔内光信号的偏振态，为提高陀螺灵敏度提供了保障，利用可调谐表面等离激元耦合器作为陀螺谐振腔的耦合器部分，表面等离激元波导的单偏振传输特性实现了光信号在谐振腔中单偏振传输表，可有效抑制陀螺系统中的偏振噪声，提高陀螺灵敏度，实现了其小型化，并降低偏振噪声、制造出集成度更高的陀螺芯片，优化物联网控制系统。

附图说明

图1为本发明芯片结构示意图；

图2为第一嵌入式保偏光纤或第二嵌入式保偏光纤的横截面示意图；

图3为嵌入式弯曲保偏光纤的横截面示意图；

图4为可调谐表面等离激元耦合器横截面示意图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

如图1至图4所示，本发明的一种用于物联网空间方位控制系统的可调谐陀螺芯片，包括第一y分支1，括第一y分支1的两输出端口对称的分别依次连接有用于传导光信号并稳定其偏振态的第一嵌入式保偏光纤2、第二嵌入式保偏光纤3、第二y分支4，两个用于调谐谐振腔耦合比并实现光信号在谐振腔中单偏振传输的可调谐表面等离激元耦合器5，两相邻对置的可调谐表面等离激元耦合器5通过共用的嵌入式弯曲保偏光纤6形成谐振腔，可调谐表面等离激元耦合器5为表面等离激元波导耦合器，第一嵌入式保偏光纤2、第二嵌入式保偏光纤3和嵌入式弯曲保偏光纤6埋设于可调谐表面等离激元耦合器5的外围层8中，并与可调谐表面等离激元耦合器5对接集成，第一y分支1的输入端口和第二y分支4的输出端口均连接有输出光纤7。

可调谐表面等离子体激元耦合器5对称设置，每个可调谐表面等离子体激元耦合器5均包括第一定向耦合器51、第二定向耦合器52、第一传输臂53和第二传输臂54，第一定向耦合器51的第二端513与第二定向耦合器52的第五端521通过第一传输臂53连通，第一定向耦合器51的第四端514和第二定向耦合器52的第七端522与第二传输臂54两端留有间隙，第二传输臂54一端通过第一电极引线55与第一电极触点57连接，另一端通过第二电极引线56与第二电极触点58连接，第一定向耦合器51的第一端511和第二定向耦合器52的第六端523与嵌入式弯曲保偏光纤6的两端连接，第一定向耦合器51的第三端512与第一嵌入式直保偏光纤2连接，第二定向耦合器52的第八端524与第二嵌入式直保偏光纤3连接。

第四端514和第七端与第二传输臂524两端间隙为6～12μm，间隙处填充有半导体介质材料。

可调谐表面等离激元耦合器5的外围层8设有第一凹槽9和第二凹槽10，第一嵌入式保偏光纤2的第一保偏光纤21嵌入第一凹槽9内，第二嵌入式保偏光纤3的第二保偏光纤31嵌入第二凹槽10内，第一y分支1和第二y分支4分别嵌入第三凹槽11和第四凹槽12内，第一凹槽9、第二凹槽10、第三凹槽11和第四凹槽12内表面均涂覆有屏蔽层。

两相邻对置的可调谐表面等离激元耦合器5的外围层8还设有弯曲凹槽13，嵌入式弯曲保偏光纤6的弯曲保偏光纤61嵌入弯曲凹槽13内，两个可调谐表面等离激元耦合器5通过弯曲保偏光纤6以及第一传输臂53连接。

表面等离激元波导包括依次堆叠成型的衬底14，下包层15，中包层16，芯层17、上包层18和覆盖层19，中包层16和芯层17均为金属芯层，上包层18、下包层15和覆盖层19均为绝缘绝光材料层。

上包层18与覆盖层19总厚度与中包层16，芯层17和下包层15的总厚度相等，下包层15厚度为20～30μm，芯层17厚度为5～15nm、宽度为10～15μm。

第一凹槽9、第二凹槽10和弯曲凹槽13设于中包层16和上包层18之间，第一凹槽9、第二凹槽10和弯曲凹槽13均为半圆形型槽，半圆形型槽表面涂覆有金刚石粉，并用覆盖层填充覆盖，上包层18的厚度为覆盖层的5～10倍。

第一y分支1和第二y分支4也由表面等离激元波导构成。

表面等离激元波导中的上包层18、中包层16和下包层15掺杂有增益介质。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。